周傳雷

（黑龍江省石油化工干部學(xué)校，黑龍江 哈爾濱 150076）

乙烯、丙烯作為主要的化工原料，其產(chǎn)量的高低往往被視為一個國家石化工業(yè)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志。傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝是通過石腦油（石油輕餾分的泛稱）裂解制取乙烯和煉廠催化裂化副產(chǎn)丙烯。其缺點(diǎn)是過分的依賴石油，特別是在石油資源日益匱乏的今天，其前景堪憂。

2010年中國乙烯產(chǎn)量達(dá)到1418萬t超過日本躍居世界第二位，丙烯產(chǎn)量約1380萬t約占世界總產(chǎn)量的16.8%。而中國2010年的原油消耗量為4.42億t，其中進(jìn)口2.39億t，進(jìn)口量同比2009年增長17.4%，占到全部原油消費(fèi)的54.1%。由此可見，中國的石油資源越來越無法滿足國內(nèi)石化工業(yè)的發(fā)展。

國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康發(fā)展要求我國企業(yè)必須依托本國資源優(yōu)勢發(fā)展化工基礎(chǔ)原料，煤制烯烴技術(shù)是以煤替代石油生產(chǎn)甲醇，進(jìn)而再向乙烯、丙烯、聚烯烴等產(chǎn)業(yè)鏈下游方面發(fā)展。國際油價(jià)的節(jié)節(jié)攀升使煤制烯烴項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性更具競爭力。采用煤制烯烴技術(shù)代替石油制烯烴技術(shù)，可以減少我國對石油資源的過度依賴，而且對推動貧油地區(qū)的工業(yè)發(fā)展及均衡合理利用我國資源都具有重要的意義。

1 主要工藝路線

煤基甲醇制烯烴是指以煤經(jīng)氣化合成的甲醇為原料，借助類似催化裂化裝置的流化床反應(yīng)形式，生產(chǎn)低碳烯烴的化工技術(shù)。目前，國外具有代表性的煤制烯烴工藝技術(shù)主要是：美國UOP／挪威Hydro、Exxon Mobil公司開發(fā)的MTO技術(shù)，以及德國魯奇（Lurgi）開發(fā)的MTP技術(shù)。MTO煤制烯烴工藝的產(chǎn)物主要是乙烯和丙烯，而MTP煤制烯烴工藝主要以生產(chǎn)丙烯為主，同時(shí)也副產(chǎn)乙烯和LPG。

一般認(rèn)為甲醇制烯烴的反應(yīng)過程是：甲醇首先脫水為二甲醚（DME），再繼續(xù)脫水生成包括乙烯和丙烯在內(nèi)的低碳烯烴，少量低碳烯烴則以縮聚、環(huán)化、脫氧、烷基化、氫轉(zhuǎn)移等反應(yīng)生成飽和烴、芳烴及高級烯烴等[1]。反應(yīng)方程式如下：

1.1 MTO工藝路線

二十世紀(jì)70年代，美國Mobil公司在研究甲醇使用ZSM-5催化劑轉(zhuǎn)化為其它含氧化合物時(shí)，發(fā)現(xiàn)了甲醇制汽油（Methanol to Gasoline，MTG）反應(yīng)。1979年，新西蘭政府利用天然氣建成了全球首套MTG裝置，其能力為75萬t·a-1，1985年投入運(yùn)行，后因經(jīng)濟(jì)原因停產(chǎn)。從MTG反應(yīng)機(jī)理分析，低碳烯烴是MTG反應(yīng)的中間產(chǎn)物，因而MTG工藝的開發(fā)成功促進(jìn)了MTO工藝的開發(fā)。UOP公司和Norsk Hydro公司于1992年開始聯(lián)合開發(fā)MTO工藝，并在挪威建設(shè)了小型工業(yè)演示裝置，運(yùn)行時(shí)間超過6個月，從而證明MTO工藝的技術(shù)可行性。此后，國際上的其它一些知名石化公司，如Mobil、BASF等都投入巨資進(jìn)行技術(shù)開發(fā)。

MTO工藝是經(jīng)由甲醇制取乙烯、丙烯的工藝，主要過程包括甲醇生產(chǎn)、甲醇催化制烯烴、裂解產(chǎn)物分離與精制等幾個工藝過程。MTO工藝中最主要的是甲醇轉(zhuǎn)化制烯烴單元，該反應(yīng)單元除反應(yīng)段的熱傳遞方向不同之外，其它都和目前煉油過程中的成熟的催化裂化工藝過程非常類似，且由于原料是單一組分，也更容易把握[2]。

MTO工藝的主要工藝流程：液態(tài)粗甲醇經(jīng)加熱變成氣相，進(jìn)入流化床轉(zhuǎn)化反應(yīng)。在催化劑的作用下，生成產(chǎn)物，反應(yīng)熱則通過產(chǎn)生蒸汽移出塔外。反應(yīng)器設(shè)置催化劑溢出側(cè)線，溢出的催化劑通過氣力輸送進(jìn)入再生反應(yīng)器，經(jīng)空氣再生完成的催化劑重新返回轉(zhuǎn)化反應(yīng)器。如此循環(huán)往復(fù)，從而保持了催化劑床層的穩(wěn)定。轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的流出物再經(jīng)過熱回收裝置冷卻，大部分的冷凝水從產(chǎn)品物中分離出來。產(chǎn)物加壓，送入堿脫除系統(tǒng)，然后再干燥脫水。脫水后的產(chǎn)物流入回收段，該段由脫乙烷塔、乙炔飽和器、脫甲烷塔、乙烯分離器、脫丙烷塔、丙烯分離器和脫丁烷塔等七部分組成。在此，根據(jù)沸點(diǎn)不同將產(chǎn)物逐一分離出來，同時(shí)反應(yīng)過程中通過使用不同的催化劑控制產(chǎn)物中乙烯和丙烯的比率，以達(dá)到高產(chǎn)乙烯或丙烯的目的。

表1 MTO工藝中乙烯與丙烯含量（%）Tab.1 Contentof ethylene and propylene in MTO technology

1.2 MTP工藝路線

甲醇制丙烯（MTP）工藝是德國魯奇公司使用甲醇作為原料生產(chǎn)聚合物級丙烯的專利技術(shù)，該工藝同時(shí)可副產(chǎn)乙烯、LPG和汽油。

MTP工藝主要包括甲醇生產(chǎn)、MTP反應(yīng)、催化劑再生、氣體冷卻和分離碳?xì)鋲嚎s和精制等工藝部分。

MTP反應(yīng)單元主要工藝流程是：新鮮甲醇和由甲醇回收塔返回的循環(huán)甲醇經(jīng)過一系列換熱設(shè)備，加熱到275℃?；旌衔锪显贒ME反應(yīng)器中于275℃、1.6MPa條件下，在γ-氧化鋁催化劑的作用下反應(yīng)生產(chǎn)二甲醚。之后，生成的二甲醚與循環(huán)回的C2/C4/C5混合進(jìn)入MTP反應(yīng)器（3臺、2開1備），于480℃、0.13MPa下，在沸石基催化劑的作用下進(jìn)行反應(yīng)，生成以丙烯為主要產(chǎn)品的各種烴類，再經(jīng)氣體分離和精制最終生產(chǎn)出聚合物級丙烯[3]。

2 國內(nèi)煤制烯烴產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

中國的煤炭資源相對于石油資源比較豐富，其1000m以內(nèi)保有儲量約1萬億t，占世界總儲量的34%，可開采量為1800億t左右，以目前的儲量足以供中國用100年以上。豐富的煤炭資源為中國煤化工的發(fā)展提供了原料基礎(chǔ)。煤制烯烴產(chǎn)業(yè)是煤炭和能源規(guī)劃的主要發(fā)展方向，也是我國石化振興的主要內(nèi)容。中國不斷的探索以煤制烯烴為標(biāo)志的煤化工發(fā)展方向，并已取得顯著的成效。國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)，如中科院大連化物所、石油大學(xué)、中國石化石油化工科學(xué)研究院等相繼開展了煤制烯烴的研究工作。經(jīng)多年研究，在借鑒世界上已有的MTO生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，大連化物所開發(fā)出新一代煤制合成氣經(jīng)二甲醚制低碳烯烴的工藝路線（簡稱DMTO）。DMTO工藝與傳統(tǒng)的MTO工藝相比，其CO的轉(zhuǎn)化率高達(dá)到90%以上，投資和運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省50%～80%。當(dāng)采用D0123催化劑時(shí)產(chǎn)品以乙烯為主，當(dāng)使用D0300催化劑是產(chǎn)品以丙烯為主。

目前，我國在第一代DMTO技術(shù)的基礎(chǔ)上繼續(xù)加大攻關(guān)力度，開始組織新一代甲醇制烯烴技術(shù)（DMTO-Ⅱ）的開發(fā)，通過優(yōu)化技術(shù)性能，實(shí)現(xiàn)甲醇制烯烴技術(shù)再創(chuàng)新。該工藝已于2010年5月間完成了萬噸級工業(yè)化試驗(yàn)，并于6月26日通過了中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的技術(shù)鑒定，成果達(dá)到世界領(lǐng)先水平。新一代技術(shù)每噸烯烴產(chǎn)品甲醇原料單耗降低10%以上，經(jīng)濟(jì)性顯著提高。

在MTP工藝的研究方面，我國也取得了重大突破。由中國化學(xué)工程集團(tuán)公司、清華大學(xué)、淮南化工集團(tuán)公司聯(lián)合開發(fā)了MTP煤制丙烯技術(shù)。該項(xiàng)研究始于1999年，歷經(jīng)8年的技術(shù)攻關(guān)，終于研制成功具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代MTP工藝技術(shù)，即FMTP。2009年10月，世界第一套3萬t·a-1流化床FMTP工業(yè)性試驗(yàn)裝置一次性開車成功。其甲醇轉(zhuǎn)換率達(dá)到99.9%，丙烯選擇性（C基）%達(dá)到67.3%，噸甲醇/噸丙烯比為3.39。

2006年12月經(jīng)國家發(fā)改委核準(zhǔn)，由中國神華集團(tuán)投資170多億元在包頭建設(shè)一套采用中國自主知識產(chǎn)權(quán)DMTO工藝技術(shù)，包括年產(chǎn)180萬t煤基甲醇聯(lián)合化工裝置、年產(chǎn)60萬t甲醇基聚烯烴聯(lián)合石化裝置的煤制烯烴示范項(xiàng)目，該項(xiàng)目于2010年完工并投料試車，8月份正式實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營。這套示范裝置不僅是我國，同時(shí)也是全球首套實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的MTO煤制烯烴裝置。裝置投運(yùn)后，甲醇單程轉(zhuǎn)化率、乙烯和丙烯的選擇性等主要技術(shù)指標(biāo)都超過了預(yù)期的水平，這充分證明了這項(xiàng)技術(shù)的先進(jìn)性和可靠性。DMTO技術(shù)成功應(yīng)用后引起了國內(nèi)外的高度關(guān)注，同時(shí)也極大地鼓舞和堅(jiān)定了我國發(fā)展煤制烯烴的信心和決心。

2010年10月，由神華寧夏煤業(yè)團(tuán)體公司承建，采用德國魯奇MTP技術(shù)的年產(chǎn)52萬t煤基聚丙烯大型煤化工示范項(xiàng)目投料試車，并成功產(chǎn)出純度為99.69%的丙烯產(chǎn)物，這是全球首套MTP大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化裝置。

兩個煤制烯烴示范項(xiàng)目的成功，都表明我國已率先掌握了煤制烯烴工業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，且都開創(chuàng)了世界高碳能源低碳化發(fā)展的新途徑。隨著我國MTO和MTP示范項(xiàng)目的成功，我國煤制烯烴產(chǎn)業(yè)也必將迎來一個迅速發(fā)展的時(shí)期。

截至2011年初，我國在建和擬建的MTO/MTP項(xiàng)目[2]主要有：

（1）包頭神華采用DMTO技術(shù)的60萬t·a-1烯烴項(xiàng)目，已順利投產(chǎn)；

（2）神華寧煤化工在寧東52萬t·a-1丙烯，采用德士古煤氣化裝置，魯奇（Lurgi）MTP技術(shù)，順利投產(chǎn)；

（3）大唐國際煤化工在多倫的46萬t·a-1丙烯。該項(xiàng)目以內(nèi)蒙古錫林浩特勝利煤田的褐煤為原料，采用殼牌煤氣化裝置，MTP煤制丙烯技術(shù)，年產(chǎn)46萬t聚丙烯及其他多種副產(chǎn)品，近期投產(chǎn)。

（4）此外還有近1100萬t的MTO和MTP項(xiàng)目已經(jīng)規(guī)劃或開展了前期工作。

3 煤制烯烴的經(jīng)濟(jì)性分析

（1）成本分析 2010年，甲醇市場平均價(jià)格約2200元·t-1左右，相當(dāng)于73美元·桶-1石油價(jià)格下石腦油裂解烯烴的成本，2010年原油年平均價(jià)格為78.8美元/桶，按照目前的石油價(jià)格，外購甲醇生產(chǎn)烯烴還具有一定的競爭力。但國際油價(jià)并不穩(wěn)定，如果石油價(jià)格下滑較大，則外購甲醇生產(chǎn)烯烴難與石腦油裂解制烯烴進(jìn)行競爭。但如企業(yè)自身擁有煤礦，用自產(chǎn)煤生產(chǎn)甲醇，成本約在800～1000元·t-1左右，則煤制烯烴與石油路線相比具有很大的競爭實(shí)力。

（2）投資分析 以MTO或DMTO煤制烯烴工藝建設(shè)的萬噸級烯烴裝置投資約為3.0～3.5億元，而石腦油裂解制烯烴（包括新建廠，乙烯、丙烯、丁二烯全面深加工和公用工程）的萬噸級烯烴裝置投資約為1.6～2.0億元。由此可見，煤制烯烴較石腦油裂解制烯烴的投資大[4]。

（3）綜合比較 綜合比較煤基甲醇制烯烴和石腦油制烯烴的經(jīng)濟(jì)性可以看出，煤基甲醇制烯烴的前期一次性投資較大，但生產(chǎn)成本比石腦油制烯烴降低一半左右，特別是對于50萬t以上的裝置而言，這個成本優(yōu)勢則更為明顯。另外石腦油制烯烴工藝路線受石油資源的制約較大，而我國煤炭資源比較豐富，其價(jià)格受外部影響也相對較小，因此，煤基甲醇制低碳烯烴在我國的發(fā)展仍具備十分重要的戰(zhàn)略優(yōu)勢，無論在資源上，經(jīng)濟(jì)上還是能源安全上已具有較強(qiáng)的競爭優(yōu)勢。

4 存在問題及對策

截至2011年初，國內(nèi)共有在建、擬建以及處于規(guī)劃階段的煤制烯烴項(xiàng)目29個，烯烴產(chǎn)能合計(jì)超過2000萬t·a-1，總投資超過6300億元。我國是一個相對“富煤少油”的國家，發(fā)展煤制烯烴具有一定戰(zhàn)略意義，但發(fā)展煤制烯烴也應(yīng)該本著科學(xué)的態(tài)度，不能盲目發(fā)展，搞重復(fù)性建設(shè)，對發(fā)展煤制烯烴的客觀條件和市場風(fēng)險(xiǎn)都應(yīng)有一個清醒的認(rèn)識[5]。

（1）煤制烯烴仍然面臨傳統(tǒng)的以原油為原料的石化行業(yè)的競爭，特別是中東地區(qū)石化工業(yè)的快速發(fā)展，必將對我國的煤制烯烴產(chǎn)業(yè)造成一定的沖擊。因此，在發(fā)展煤制烯烴項(xiàng)目前應(yīng)做好充分的經(jīng)濟(jì)分析，以免造成不必要的損失和浪費(fèi)。

（2）盡管目前國內(nèi)煤制烯烴的工業(yè)化技術(shù)逐漸走向成熟，但在開工率、設(shè)備的穩(wěn)定性等方面依舊存在問題。這就需要繼續(xù)加大關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)力度，特別是新一代高效催化劑的研制，同時(shí)積極鼓勵研發(fā)企業(yè)抓緊組織新一代甲醇制烯烴技術(shù)工業(yè)化示范，為煤制烯烴產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級準(zhǔn)備條件。

（3）現(xiàn)代煤化工耗煤、耗水量大，發(fā)展煤制烯烴應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐拿禾抠Y源和水資源是否滿足需要。煤化工用煤應(yīng)盡量不與發(fā)電用煤、民用煤等沖突，建議使用高硫、高灰劣質(zhì)煤發(fā)展煤化工。同時(shí)，考慮到煤制烯烴項(xiàng)目耗水量極大，一定要視當(dāng)?shù)厮Y源情況而定，做到不與人爭水。

（4）煤化工基地大多遠(yuǎn)離市場，產(chǎn)品需要外運(yùn)，交通運(yùn)輸條件往往較差。因此，煤制烯烴項(xiàng)目必須在煤炭坑口的工業(yè)化園區(qū)一體化建設(shè)，以減少運(yùn)輸，保證煤價(jià)低廉，同時(shí)可充分利用工業(yè)園區(qū)內(nèi)的公共設(shè)施，減少投資。

（5）煤化工產(chǎn)業(yè)均屬高耗能、高污染行業(yè)，發(fā)展煤制烯烴應(yīng)符合國家節(jié)能減排的要求。

綜合以上條件可以看出，在我國發(fā)展煤制烯烴應(yīng)綜合考慮多方面的情況，同時(shí)國家也應(yīng)做到統(tǒng)籌規(guī)劃、合理布局，科學(xué)引導(dǎo)，規(guī)范發(fā)展，走安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展道路，確保煤制烯烴產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

5 發(fā)展前景

隨著世界和中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對石油資源需求不斷增長，其供需矛盾日益加劇。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球的石油資源還可供開采50年左右，而煤炭資源則可供開采220年以上。隨著石油資源的日益枯竭，以煤炭替代石油作為化工原料勢在必行。我國作為一個煤炭生產(chǎn)大國，適度發(fā)展煤化工是中國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和保證經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的重要途徑。隨著中國煤制烯烴取得成功，很可能在全球掀起發(fā)展煤化工產(chǎn)業(yè)的熱潮，特別是對那些擁有豐富煤炭儲備的國家如澳大利亞、印尼和印度的化工產(chǎn)業(yè)都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

[1] 趙毓章，景振華.甲醇制烯烴催化劑及工藝的新進(jìn)展[J].石油煉制與化工，1999，30（2）：23-28.

[2] 張名輝.我國發(fā)展煤制烯烴產(chǎn)業(yè)的必要性和可行性探討[J].化工技術(shù)經(jīng)濟(jì),2006,（1）：18-20.

[3] 張殿奎.大型煤氣化合成甲醇制丙烯（MTP）是我國煤化工的發(fā)展趨勢[J].化工技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2007，（1）：1-3.

[4] 陳香生，陳俊武，等.煤基甲醇制烯烴（MTO）工藝生產(chǎn)低碳烯烴的工程技術(shù)及投資分析[J].煤化工，2005，（5）：6，7.

[5]龔華俊.“十二五”期間我國煤制烯烴產(chǎn)業(yè)發(fā)展的幾點(diǎn)建議[J].化學(xué)工業(yè)，2010，28（3）：1-3.